民航导航技术的发展现状及发展趋势

张辉彬

摘要：航空器在空中运行时都保持着较高的运行速度，而且航空器在空中停留的时间是有限的，并且如果出现差错可能会引起严重的航空事故。航空导航的应用能够给空中运行的航空器提供连续的安全可靠的技术服务，引导航空器进行飞行，安全到达目的地。民航导航技术对空中交通的运行安全意义重大。本文就民航导航方面的技术现状、发展以及趋势进行阐述并开展研究。

关键词：民用航空;导航技术;发展现状;发展趋势;GPS

引言

无线电技术在航空导航领域的应用，因为其电磁波的特性改变了原来导航精度不高的情况，而且也减少了气候、季节变化、能见度问题以及各种环境因素对导航的影响。上世纪七十年代信息技术应用于航空导航，卫星导航及其配套的增强组合系统更加精确的为空中交通提供二十四小时的服务，卫星导航的经济性、高效性、全面性等使其成为了未来航空领域导航系统的一股强大势力。航空器在茫茫的高空之上，随时掌握自己的动态信息十分重要，能够减少空中运行的安全隐患，先进的导航技术是航空器安全有序运行的依赖，也是整个民航系统正常运行的保障。

1民航导航技术的现状

1.1支持航路的导航技术

1.1.1惯性导航系统

陆基无线电导航技术在上世纪二十年代后期逐渐成为了民航的主要导航技术，但是其缺乏一定的地面设施以及系统的支持，在自助定位导航上存在较大的困难，也限制了航空事业的发展进步。六十年代具备自主导航能力的INS（惯性导航系统）应用于航空领域，军航上能够满足其生存能力、干扰力、反利用、反欺骗的要求，所以也被广泛应用。民航上INS能够提供很好的连续性导航服务，并且在一定时间内导航参数精度很高，且更新速度快。上世纪七十年代末期数字计算机的出现，再加上宽体飞机的应用发展，使INS进入了发展高峰期。许多陆基导航与INS相比较，显得INS优势更加明显，特别是其可以进行航空器的三维方面的显示（位置、速度），还能提供航向姿态等重要信息。INS成为了民航航空器的基本导航系统被广泛应用。

1.1.2陆基无线电导航系统

陆基无线电导航系统被广泛推广使用的原因，与其经济、安全性高紧密相关，特别是其将复杂性在地面导航台那里集中，这样就使机载的部分设备简单了很多。NDB（不推荐使用）、DME、VOR是现在使用的地面主要设备。VOR/DME&VOR/VOR則无法适用于精度要求较高的区域导航，DME/DME是目前ICAO应用最多的。

1.1.3星基导航系统

GPS是应用于航空领域的星基导航始祖，而且目前为止一直被广泛使用，性能也一直被不断的开发研究创新。虽然现在有很多的其他星基导航系统被研究使用，但是在这些后继研究创新出来的星基导航系统里都是以GPS为蓝本进行参照的，并且在研发时尽量让新的星基导航系统与GPS能在一定的条件下兼容并用。GPS也不仅仅只在航空领域大显其作用，它已经深入到了国家各个方面影响着普通百姓的生活，GPS是一个能将位置、时间、速度准确提供的赋能系统，并且GPS在社会上已经形成了一个巨大的产业链，深入各大行业，GPS是现代星基导航的基础。现阶段GNSS应用工作尝试着解决民航应用中的一些特别问题（监测问题方面的增强技术），但是其工作也是集中于GPS和其技术的研究。

1.2终端区进近引导技术分析

1.2.1大规模应用中的ILS系统

ILS现在在民航中被广泛利用，其作用是为降落的航空器进行着陆引导，比如航向道信息、距离以及下滑道信息等。ILS根据其性能进行分类为：Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ类。首先是Ⅰ类，从其覆盖周边开始，导航道和下滑道高度需高于六十米的范围提供引导信息的设备;Ⅱ类，能引导航空器到三十米的设备;Ⅲ类引导航空器至跑道的设备。我国现行装备中大部分为Ⅰ类ILS，有一小部分为Ⅱ类ILS，究其原因不仅仅是因为设备问题，很多是因为场地标准无法达到（障碍物比较多、场地地面不够平整等），这样使得航道、下滑道曲折不能达标。另外周边的电磁干扰过强会使引导信号超标。在老式装备ILS系统里，对航空器多是进行指点信标提供跑道入口距离信息。现在采用的是DME距离测试方法。DME/N在基本配置里被采用，根据国际民航组织规定，由于DME/N系统精度为370米，某些方面来讲误差会很大，所以采用精密测距仪（DME/P）。精密测距仪路径跟随PEE在进近基准点上为±30米或±12米。

1.2.2重要的辅助设施助航灯光系统

助航灯曾经是航空器着陆的关键性设施，密切关系着航空器降落的安全。但是随着ILS的广泛性应用，助航灯系统在航空器着陆引导中是起到辅助引导或者备份的作用。但是助航灯系统一直在发展优化中，除了长时性和高稳定性以外，助航灯系统具有更加高级的地面活动引导功能以及单灯引导控制功效，进而实现了航空器单架的个性引导，也实现了空中与地面的无缝衔接，提高了航空器着陆过程中的安全性，提高了机场运行效率以及增大了机场容量，也为航空器机组成员带来更加贴心、安全、精确的引导服务。

1.2.3发展中的局域卫星增强系统

上世纪九十年代FAA就大力对LAAS进行了发展，其目的是将GPS很好的应用于精密进近或者航空器着陆中。LAAS由地面的设施以及机载设备两部分构成，属于GBAS。地面设施在已知准确的位置有一组高精GPS基准接收机，产生的系列数据会被处理从而产生有用的信号信息经过VHF数据链广播至进近中的航空器，以提高机载设备的性能（高精度、完整性、持续性、可靠性等），从而满足Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ类以及精密进近以及着陆的要求。LAAS在地面的一套设施其实不仅只服务一个机场，还可以覆盖附近一定范围内的几个机场，曲线/折线进近都可以。与ILS/MLS（每一条跑道两端都需要各设一套）对比，优势十分显著，经济性也很强。对于大型机场或者国际城市特别受用，因为很多大型机场都有很多跑道，并且大型的国际城市周围都有几个机场，LAAS很受欢迎。

2GNSS发展分析

新的星基导航技术越来越受到全球各国的重视，但是GNSS在高可靠性上还是尚有缺乏，不能满足民航这方面需要。美国也开展了一系列的民航星基导航研究（WAAS、LAAS、ABAS），其中前两项已经准备开始大规模的应用，ABAS正在进行技术验证。但是这些完全依赖于美军控制的GPS实时导航，在国家机密上有一定的安全隐患，所以全球各国也进行着自己的计划，譬如：欧洲的Galileo计划、我国的北斗计划、俄罗斯对GLONNASS也正在完善。目前GPS仍是星基导航技术中唯一能进行全球定位的。过去的几十年中，军民航空器依靠地面的着陆系统保证了航空器二十四小时的盲目着陆，大量的航空器在各类着陆系统的引导下安全降落，最近几年GPS的深入研究应用，其性能受到了极大关注，GPS在民航内开展了大量的实验性研究工作。

小结

可能未来不久民航的主要导航模式是：INS作为基础导航源，GNSS则是主导航源。而导航备用系统可能还会在一段时间内使用陆基导航。不过由于陆基导航系统的维护费用比较高以及其性能特点，备用系统未来可能会使用近似于罗兰-C系统作为冗余配置，终端区以及进近，等多点位引导技术成熟后，可以作为备用。这样的搭配使用，能增强经济效益，提高性能，更好的为民航空中交通运行提供安全有序的保障。

参考资料

[1]王娟.民航通信导航未来发展[J].数字通信世界，2019，（12）：128.

[2]颜绮萍.我国民航通信导航监视系统现状与发展[J].信息通信，2014，（07）：156.